KR101366923B1 - Method for preparing spherical ceramic foam and spherical ceramic foam prepared by the same - Google Patents

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Abstract

구형 세라믹 폼 제조방법 및 이에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼이 제공된다.
본 발명에 따른 구형 세라믹 폼 제조방법은 기포화된 세라믹 슬러리에 한천 용액을 첨가하는 단계; 상기 한천 용액이 첨가된 세라믹 슬러리를 오일에 첨가하는 단계; 상기 슬러리를 오일로부터 분리한 후, 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 슬러리를 소결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 오일에서 방울을 형성시키는 드롭-인-오일 방식에 한천을 젤화시키는 방식을 동시에 사용하여, 구형 세라믹 폼을 제조한다. 본 발명에 따르면, 기공 특성, 크기 및 크기 균일도가 개선된 구형 세라믹 폼 제조가 가능하며, 구형 세라믹 폼의 물리적 변수의 제어가 가능하다는 장점이 있다.
There is provided a spherical ceramic foam manufacturing method and a spherical ceramic foam produced thereby.
Spherical ceramic foam manufacturing method according to the present invention comprises the steps of adding agar solution to the aerated ceramic slurry; Adding a ceramic slurry to which the agar solution is added to oil; Separating the slurry from oil and then drying; And sintering the dried slurry. According to the present invention, a spherical ceramic foam is manufactured by simultaneously using a method of gelling agar in a drop-in-oil method of forming drops in oil. do. According to the present invention, it is possible to manufacture a spherical ceramic foam with improved pore properties, size and size uniformity, there is an advantage that the physical parameters of the spherical ceramic foam can be controlled.

Description

구형 세라믹 폼 제조방법 및 이에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼{Method for preparing spherical ceramic foam and spherical ceramic foam prepared by the same}Method for preparing spherical ceramic foam and spherical ceramic foam prepared thereby {Method for preparing spherical ceramic foam and spherical ceramic foam prepared by the same}

본 발명은 구형 세라믹 폼 제조방법 및 이에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기공 특성, 크기 및 크기 균일도가 개선된 구형 세라믹 폼 제조가 가능하며, 구형 세라믹 폼의 물리적 변수의 제어가 가능하다는 장점이 있는 구형 세라믹 폼 제조방법 및 이에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a spherical ceramic foam and a spherical ceramic foam produced thereby, more specifically, it is possible to manufacture a spherical ceramic foam with improved pore characteristics, size and uniformity of the size, the control of physical parameters of the spherical ceramic foam It relates to a spherical ceramic foam manufacturing method and the spherical ceramic foam produced thereby has the advantage that it is possible.

세라믹 폼은 낮은 벌크 밀도, 높은 비표면적, 및 우수한 투과성 등과 같은 특이한 물리적 특성을 보인다. 이러한 특성으로 인하여 세라믹 폼은 바이오 촉매 지지체 및 바이오 물질 등으로 사용될 수 있다. 비록 세라믹 폼은 다양한 기공 구조(예를 들면 기공도, 기공크기 및 기공 모폴로지) 등을 가진 세라믹 폼은 상이한 합성 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 구형 세라믹 폼 물질을 제조하는 방법에 대해서는 아직까지 연구된 바가 없다. 구형 세라믹 폼(Spherical ceramic foams, SCF)는 예를 들면 유동성 지지 시스템에서의 촉매 지지체 매개물질 등과 같은 소재에 활용될 수 있는데, 이것은 벌크 형태 물질과 비교하여 볼 때 구형 세라믹 폼이 가지는 월등한 패킹 균일도, 외부로부터의 열 충격에 대한 강한 내성을 가지며, 또한 다른 형태에 비하여 충돌에 의한 파손 손실이 적기 때문이다. Ceramic foams exhibit unusual physical properties such as low bulk density, high specific surface area, and good permeability. Due to these properties, ceramic foams can be used as biocatalyst supports and biomaterials. Although ceramic foams can be prepared by different synthetic methods, ceramic foams with various pore structures (e.g. porosity, pore size and pore morphology) have yet to be studied for producing spherical ceramic foam materials. There is no bar. Spherical ceramic foams (SCF) can be used in materials such as catalyst support media in fluid support systems, for example, which provide superior packing uniformity in spherical ceramic foams compared to bulk form materials. This is because it has a strong resistance to thermal shocks from the outside, and less damage loss due to a collision than other forms.

콜로이드 템플레이팅 방법, 에멀젼 방법 및 진동, 프레싱 또는 스프레이 건조에 의한 세라믹 슬러리의 그래뉼화시키는 방법 등이 구형 세라믹 물질(폼 포함)의 제조방법으로 보고되고 있으나, 이들 방법은 낮은 기공도 및/또는 밀리미터 이하 수준의 크기를 가지는 구형 세라믹 물질을 제조하는 데에 국한되는 한계가 있다. Lee 및 Park 등은 슈도-이중-에멀젼(PDE) 방식을 개발하여, 구형 세라믹 폼을 제조하는 예를 개시한다. 상기 방식은 높은 기공도의 세라믹 구립체 제조를 가능하게 하나, 세라믹 폼의 크기 분포가 매우 넓고 구립체의 직경을 제어하기 어렵다는 한계가 있다. 크기 균일도는 공정 후 시빙(sieving)에 의하여 개선될 수 있으나, 이것은 공정 비용의 상승과 최종 생산물의 손상을 유발한다. 최근, 졸-겔 반응에 기초한 오일-드롭 방법이 큰 크기의 구형 물질 제조방법의 대안으로 보고되고 있다. 비록 펠렛의 크기 균일도는 이 방식에 의하여 개선될 수 있으나, 2mm 이상의 크기를 가지는 매크로기공의 펠렛을 수득하는 것은 어렵다. 이것은 상기 방식이 가지는 크기 제어의 한계를 나타낸다. 그 외 다양한 방식이 제안되고 있으나, 여전히 구형의 크기 재현도 등이 좋지 않거나, 크기 제어가 어렵다는 문제가 있다.
Colloidal template methods, emulsion methods and granulation of ceramic slurries by vibration, pressing or spray drying have been reported as methods for producing spherical ceramic materials (including foams), but these methods have low porosity and / or millimeter or less. There is a limitation limited to the production of spherical ceramic materials having levels of magnitude. Lee and Park et al. Disclose an example of developing a pseudo-double-emulsion (PDE) method to produce spherical ceramic foams. The above method enables the production of high porosity ceramic particles, but has a limitation in that the size distribution of the ceramic foam is very wide and it is difficult to control the diameter of the particles. Size uniformity can be improved by sieving after processing, but this leads to an increase in process costs and damage to the final product. Recently, oil-drop methods based on sol-gel reactions have been reported as alternatives to the production of large spherical materials. Although the size uniformity of the pellets can be improved by this method, it is difficult to obtain pellets of macropores having a size of 2 mm or more. This represents a limitation of the size control that the scheme has. Various other methods have been proposed, but there is still a problem that the size reproducibility of the sphere is not good or the size control is difficult.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 균일한 크기를 가지며, 우수한 기공 특성을 갖는 구형 세라믹 폼의 제조방법을 제공하는 것이다. Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a spherical ceramic foam having a uniform size, excellent porosity characteristics.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 슬러리 폼 제조방법은 기포화된 세라믹 슬러리에 한천 용액을 첨가하는 단계; 상기 한천 용액이 첨가된 세라믹 슬러리를 오일에 첨가하는 단계; 상기 슬러리를 오일로부터 분리한 후, 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 슬러리를 소결시키는 단계를 포함한다.Spherical slurry foam manufacturing method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of adding an agar solution to the aerated ceramic slurry; Adding a ceramic slurry to which the agar solution is added to oil; Separating the slurry from oil and then drying; And sintering the dried slurry.

본 발명의 일 실시예에서 상기 오일은 파라핀 오일이다. In one embodiment of the invention the oil is paraffin oil.

본 발명의 일 실시예에서 상기 세라믹 슬러리의 기포화 및 상기 한천 용액의 첨가는 섭씨 60도 이하로 진행된다. In one embodiment of the present invention, the aeration of the ceramic slurry and the addition of the agar solution proceeds below 60 degrees Celsius.

본 발명의 일 실시예에서 상기 세라믹은 알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 카르시아, 실리카 및 이트리아로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다.In one embodiment of the present invention, the ceramic is any one selected from the group consisting of alumina, magnesia, zirconia, carsia, silica and yttria.

본 발명의 일 실시예에서 상기 한천 용액의 한천 농도가 증가함에 따라 상기 제조된 구형 세라믹 폼의 기공도(porosity) 및 비표면적이 증가한다. In one embodiment of the present invention, as the agar concentration of the agar solution increases, the porosity and specific surface area of the prepared spherical ceramic foam increase.

본 발명의 일 실시예에서 상기 슬러리는 분산제로 폴리(아크릴산)을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the slurry includes poly (acrylic acid) as a dispersant.

본 발명의 일 실시예에서 상기 기포화된 슬러리는 슬러리 용액에 나트륨 로릴 설페이트를 기포제로 첨가하는 방식으로 제조된다.In one embodiment of the present invention, the bubbled slurry is prepared by adding sodium lauryl sulfate as a foaming agent to the slurry solution.

본 발명의 일 실시예에서 상기 소결은 섭씨 1500도 이상의 온도에서 진행된다.In one embodiment of the invention the sintering proceeds at a temperature of 1500 degrees Celsius or more.

본 발명의 일 실시예에서 상기 슬러리는 상기 오일에 방울 형태로 주입된다.In one embodiment of the invention the slurry is injected into the oil in the form of drops.

본 발명의 일 실시예에서 상기 주입은 주사기를 통하여 상기 슬러리를 오일에 주입한다. In one embodiment of the invention said injecting injects said slurry into oil via a syringe.

본 발명의 일 실시예에서 상기 한천 용액의 농도가 증가함에 따라 구형 세라믹 폼의 크기가 증가한다.In one embodiment of the present invention, the size of the spherical ceramic foam increases as the concentration of the agar solution increases.

본 발명의 일 실시예에서 상기 구형 세라믹 폼의 크기 분포는 상기 한천 용액의 농도가 1.00 중량%일 때 가장 좁다.In one embodiment of the present invention, the size distribution of the spherical ceramic foam is the narrowest when the concentration of the agar solution is 1.00% by weight.

본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 상술한 방법에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼을 제공한다. The present invention provides a spherical ceramic foam produced by the above-described method, in order to solve the another problem.

본 발명의 일 실시예에서 상기 세라믹은 알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 카르시아, 실리카 및 이트리아로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다. In one embodiment of the present invention, the ceramic is any one selected from the group consisting of alumina, magnesia, zirconia, carsia, silica and yttria.

본 발명에 의하면, 오일에서 방울을 형성시키는 드롭-인-오일 방식에 한천을 젤화시키는 방식을 동시에 사용하여, 구형 세라믹 폼을 제조한다. 본 발명에 따르면, 기공 특성, 크기 및 크기 균일도가 개선된 구형 세라믹 폼 제조가 가능하며, 구형 세라믹 폼의 물리적 변수의 제어가 가능하다는 장점이 있다. According to the present invention, spherical ceramic foams are prepared by simultaneously using a drop-in-oil method of forming a drop in oil and a method of gelling agar. According to the present invention, it is possible to manufacture a spherical ceramic foam with improved pore properties, size and size uniformity, there is an advantage that the physical parameters of the spherical ceramic foam can be controlled.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 세라믹 폼 제조방법의 단계도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따라 제조된 구형 세라믹 폼의 표면과 단면을 보여주는 SEM 이미지이다.
도 3은 다양한 한천 농도에서 제조된 구형 세라믹 폼의 기공 특성 및 비표면적을 정리한 표이다.
도 4a 내지 4d는 다양한 한천 농도에서 제조된 구형 세라믹 폼에 대한 사진이다.
도 5는 다양한 한천 농도에서 제조된 구형 세라믹 폼의 크기 분포의 그래프이다.
1 is a step diagram of a spherical ceramic foam manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are SEM images showing the surface and cross section of a spherical ceramic foam made in accordance with the present invention.
3 is a table summarizing pore characteristics and specific surface area of spherical ceramic foams prepared at various agar concentrations.
4A-4D are photographs of spherical ceramic foams produced at various agar concentrations.
5 is a graph of the size distribution of spherical ceramic foams prepared at various agar concentrations.

이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다. The following embodiments are detailed description to help understand the present invention, and it should be understood that the present invention is not intended to limit the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention are also within the scope of the present invention.

또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, it is to be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 상술한 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 균일한 크기를 가지며, 우수한 기공 특성을 갖는 구형 세라믹 구조체(이하 폼)의 제조방법을 제공하는데, 본 발명은 특히 오일에 방울을 형성시키는 드롭-인-오일(drop-in-oil) 방법과 한천(agar, 아가르)를 젤 형태로 만드는 젤화(gelatioin) 방법을 결합시켰다. 더 나아가, 다양한 양의 젤화제(즉, 한천)에 대하여 구형 세라믹 폼의 크기 분포, 균일도와 기공 특성을 합성적으로 분석하였다. The present invention provides a method for producing a spherical ceramic structure (foam) having a uniform size and excellent pore properties in order to overcome the above-mentioned limitations of the prior art. The drop-in-oil method and the gelation method of agar (agar) in a gel form were combined. Furthermore, the size distribution, uniformity and pore characteristics of spherical ceramic foams were synthesized for various amounts of gelling agent (ie, agar).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 세라믹 폼 제조방법의 단계도이다. 1 is a step diagram of a spherical ceramic foam manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 먼저 기포화된 세라믹 슬러리에 한천 용액을 첨가한다.Referring to Figure 1, first, agar solution is added to the bubbled ceramic slurry.

이후, 한천 용액이 첨가된 세라믹 슬러리를 오일에 첨가하여 드롭-인-오일 방식으로 구립체 형태를 형성시킨다. 다시, 구립체 형태의 한천-첨가-슬러리 액적을 오일로부터 분리한 후, 건조시키고, 다시 상기 건조된 슬러리를 고온에서 소결시킨다. 이하 본 발명에 따른 구형 실리콘 폼 제조방법을 실험예로서 보다 상세히 설명한다. Thereafter, the ceramic slurry to which the agar solution is added is added to the oil to form a particulate form in a drop-in-oil manner. Again, the agar-added-slurry droplets in the form of granules are separated from the oil and then dried, and the dried slurry is then sintered at high temperature. Hereinafter, a spherical silicone foam manufacturing method according to the present invention will be described in more detail as an experimental example.

실시예Example

합성synthesis

비표면적이 6.0 m2/g (A34; NLM Co., Tokyo, Japan)인 알루미나를 개시물질로 사용하였다. 폴리(아크릴산)(PAA, Aldrich Co., St. Louis, MO)와 나트륨 로릴 설페이트((SLS) (Samchun Pure Chemical Co., Seoul, Korea)을 각각 분산제 및 폼 형성을 위한 기포제로 사용하였다. 상업적으로 구입할 수 있는 한천(MSA Co., Seoul,Korea)를 젤화 반응제로 사용하였다. 한천 수용액은 저온에서 빠른 젤화로 유도되며, 얻어진 젤화 생성물은 낮은 고체 농도에서도 높은 젤 강도를 나타낸다. Alumina having a specific surface area of 6.0 m 2 / g (A34; NLM Co., Tokyo, Japan) was used as a starting material. Poly (acrylic acid) (PAA, Aldrich Co., St. Louis, MO) and sodium lauryl sulfate ((SLS) (Samchun Pure Chemical Co., Seoul, Korea)) were used as dispersants and foaming agents for foam formation, respectively. Agar (MSA Co., Seoul, Korea), which can be purchased as a gelling reagent, was used as a gelling reagent, and the agar solution was induced to rapid gelation at low temperature, and the obtained gelling product showed high gel strength even at low solid concentration.

알루미나 슬러리 농도는 50중량% 및 ∼0.08중량%이었다. PAA를 상기 슬러리에 첨가하여 입자 안정도를 향상시켰다. 알루미늄 슬러리의 균일화는 기계적 혼합방식으로 수행되었으며, 이어서 밀링 및 알루미나 볼을 구비한 자(Jar)에서의 마모를 1시간 동아 500rpm으로 진행하였다. The alumina slurry concentrations were 50% by weight and 0.08% by weight. PAA was added to the slurry to improve particle stability. Homogenization of the aluminum slurry was carried out by mechanical mixing, followed by milling and abrasion in a jar with alumina balls at 500 rpm for 1 hour.

상기 알루미나 슬러리에 첨가되는 수용성 한천 용액은 4개의 상이한 농도로 준비되었는데, 이것은 건조상태의 알루미나에 대하여 0.50, 0.75, 1.00 및 1.50 중량%이었다. 다양한 농도의 상기 수용성 한천 용액은 2, 3, 4 및 6g의 한천 분말을 100mL의 증류수에 첨가하고, 혼합물을 1분간 섭씨 90도에서 가열시킴으로써 제조되었다. Aqueous agar solution added to the alumina slurry was prepared at four different concentrations, which were 0.50, 0.75, 1.00 and 1.50% by weight relative to the dried alumina. The water-soluble agar solutions of various concentrations were prepared by adding 2, 3, 4 and 6 g of agar powder to 100 mL of distilled water and heating the mixture at 90 degrees Celsius for 1 minute.

알루미나 슬러리의 기포화(foaming, 폼)는 섭씨 60도 이하에서 진행되었는데, 이로써 한천 용액의 갑작스러운 고형화를 피하였다. 4개의 나트륨 로릴 설페이트를 상기 슬러리에 첨가하고, 슬러리를 1.5의 연장비(이것은 기포화된 슬러리 부피와 원래 슬러리 부피의 비)로 기포화시켰다. Foaming of the alumina slurry proceeded below 60 degrees Celsius, thereby avoiding sudden solidification of the agar solution. Four sodium lauryl sulfate were added to the slurry, and the slurry was bubbled at an extension ratio of 1.5, which is the ratio of the bubbled slurry volume to the original slurry volume.

이후 준비된 한천 용액을 섭씨 60도 이하로 냉각시킨 후, 상기 냉각된 한천 용액을 기포화된 슬러리 용액에 첨가하였다. 이때 초기 알루미나 슬러리와 한천 용액 사이의 중량비는 2:1이다. 이후, 상기 혼합물을 1분간 섭씨 60도로 혼합하였다. After cooling the prepared agar solution below 60 degrees Celsius, the cooled agar solution was added to the bubbled slurry solution. The weight ratio between the initial alumina slurry and the agar solution is 2: 1. The mixture was then mixed at 60 degrees Celsius for 1 minute.

한천 용액 첨가 후, 알루미나 슬러리의 최종 농도는 34 부피%이었다. 한천 용액이 첨가된 슬러리를 액체 파라핀 컬럼(높이:50cm, 온도:섭씨 5도)에 주사기를 이용, 떨어뜨렸다. 이때 주사기의 내경은 2.4 mm이었으며, 한천 용액이 첨기된 기포화된 슬러리는 640 mL/h의 유속으로 파라핀 오일에 주입하였다. 이후, 기포화된 구형의 액적은 상기 액체 파라핀 오일로부터 분리되고, 상온에서 24시간 동안 건조되었다. 상기 건조된 구형 액적은 섭씨 1500도 이상인 섭씨 1550도에서 2시간 동안 소결되었으며, 이때 온도 상승속도는 분당 섭씨 3도이었다. After addition of the agar solution, the final concentration of the alumina slurry was 34% by volume. The slurry to which the agar solution was added was dropped on a liquid paraffin column (height: 50 cm, temperature: 5 degrees Celsius) using a syringe. At this time, the inner diameter of the syringe was 2.4 mm, and the bubbled slurry in which the agar solution was added was injected into paraffin oil at a flow rate of 640 mL / h. Thereafter, the bubbled spherical droplets were separated from the liquid paraffin oil and dried at room temperature for 24 hours. The dried spherical droplets were sintered at 1550 degrees Celsius for more than 1,500 degrees Celsius for 2 hours, with a temperature rise rate of 3 degrees Celsius per minute.

실험예Experimental Example

측정방식Measurement method

상이한 한천 양에서 제조된 구형 세라믹 폼의 전체 기공도는 다음과 같은 방식으로 결정되었다. 먼저 상기 구형 세라믹 폼의 부피와 무게를 측정하는 방식으로 벌크 밀도를 구하였다. 알루미나의 절대 밀도(3.98 g/cm3) 및 구형 세라믹 폼의 겉보기 밀도를 헬륨 피크노미터를 이용하여 구하고, 다시 개방 기공도와 폐쇄 기공도를 실험적으로 측정된 값(벌크, 절대 및 겉보기 밀도)으로부터 계산하였다. 본 발명에 따라 제조된 구형 세라믹 폼의 마이크로 구조 및 표면 모폴로지를 주사 전자 현미경을 이용하여 분석하였으며, 상기 구형 세라믹 폼의 비표면적을 BET를 이용하여 측정하였다. 다양한 한천 양에서 제조된 구형 세라믹 폼의 크기 분포를 이미지 분석기가 구비된 광학 현미경을 이용하여 구하였다. 다양한 한천 농도에서 제조된 구형 세라믹 폼의 크기 균일도를 비교하기 위하여, 변동계수 값을 하기 식에 따라 계산하였다. The overall porosity of the spherical ceramic foams produced at different agar amounts was determined in the following manner. First, the bulk density was determined by measuring the volume and weight of the spherical ceramic foam. The absolute density of alumina (3.98 g / cm3) and the apparent density of the spherical ceramic foam were obtained using a helium pycnometer, and again the open porosity and the closed porosity were calculated from experimentally measured values (bulk, absolute and apparent density). It was. The microstructure and surface morphology of the spherical ceramic foams prepared according to the invention were analyzed using a scanning electron microscope, and the specific surface area of the spherical ceramic foams was measured using BET. The size distribution of spherical ceramic foams prepared in various agar quantities was determined using an optical microscope equipped with an image analyzer. In order to compare the size uniformity of spherical ceramic foams prepared at various agar concentrations, the coefficient of variation value was calculated according to the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure 112011101658502-pat00001
Figure 112011101658502-pat00001

상기 식에서 d i 는 i번째 직경이고,

Figure 112011101658502-pat00002
는 수 평균 직경, 그리고 N는 구형 세라믹 폼의 전체 수이다.
Where d i is the i th diameter,
Figure 112011101658502-pat00002
Is the number average diameter, and N is the total number of spherical ceramic foams.

분석결과Analysis

도 2a 및 2b는 본 발명에 따라 제조된 구형 세라믹 폼의 표면과 단면을 보여주는 SEM 이미지이다. 2A and 2B are SEM images showing the surface and cross section of a spherical ceramic foam made in accordance with the present invention.

도 2a 및 2b를 따르면, 구형 세라믹 폼의 내측과 외표면에 많은 수의 기공이 형성되었음을 알 수 있으며, 이들 기공은 상당 수준으로 상호 연결되어, 개방되었음을 알 수 있다. 하지만, 한천 농도에 따라 상이한 기공 특성이 나타났는데, 이것은 도 3의 표에 도시된다. 특히 본 발명에 따른 구형 세라믹 폼의 전체 및 개방 기공도 및 비표면적이 한천 양에 따라 증가하였다. 이 결과는 한천 양의 증가가 2개의 인접한 기공 접촉에 의하여 형성되는 새로운 기공으로 정의되는 기공창 형성을 유도하는 것으로 판단되며, 이것은 한천에 의하여 차지되는 공간이 소결 공정 중 공동(void)에 의하여 교체되기 때문이다. 2A and 2B, it can be seen that a large number of pores are formed on the inner and outer surfaces of the spherical ceramic foam, and these pores are interconnected to a considerable level, indicating that they are open. However, different pore characteristics appeared depending on the agar concentration, which is shown in the table of FIG. 3. In particular, the total and open porosity and specific surface area of the spherical ceramic foam according to the invention increased with the amount of agar. This result is believed that an increase in the amount of agar leads to the formation of a pore window defined as a new pore formed by two adjacent pore contacts, which means that the space occupied by the agar is replaced by voids during the sintering process. Because it becomes.

도 4a 내지 4d는 다양한 한천 농도에서 제조된 구형 세라믹 폼에 대한 사진이다. 4A-4D are photographs of spherical ceramic foams produced at various agar concentrations.

도 4a 내지 4d를 참조하면, 한천 농도 증가에 따라 구형 세라믹 폼의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 구형 세라믹 폼의 평균 크기는 0.5, 0.75, 1.00 및 1.5 중량%의 한천 농도에 대하여 각각 1.4, 1.6, 2.6 및 3.0 mm로 측정되었다(도 5 참조). 4A to 4D, it can be seen that the size of the spherical ceramic foam increases with increasing agar concentration. In particular, the average size of the spherical ceramic foams was measured at 1.4, 1.6, 2.6 and 3.0 mm, respectively, for agar concentrations of 0.5, 0.75, 1.00 and 1.5% by weight (see FIG. 5).

더 나아가, 한천 농도가 1.00 중량%미만이 경우 2mm 미만의 크기를 갖는 구형 세라믹 폼이 높은 비율로 관찰되었다. 하지만 한천 농도가 1.00 중량%이상인 경우, 이 크기의 구형 세라믹 폼 비율은 적게 관찰되었다. Furthermore, high proportions of spherical ceramic foams with sizes of less than 2 mm were observed when the agar concentration was less than 1.00% by weight. However, at agar concentrations above 1.00% by weight, a small proportion of spherical ceramic foams of this size was observed.

한천과 함께 기포화된 슬러리가 주사기를 이용, 파라핀에 떨어뜨렸으며, 주시기 방울 근처에서 형성된 방울의 크기는 한천 양과 비례하여 증ㄱ하였다. 구형 액적의 형성이 액체 표면 장력에 밀접하게 연관되었음은 널리 알려졌으며, 액체 밀도 증가는 분자 사이의 보다 강한 인력을 유도하여, 결과적으로 더 높은 표면 장력을 발생시킨다. 따라서, 구형 세라믹 폼의 크기 증가와 한천 농도 증가 사이의 경향성은 한천 첨가에 따른 표면 장력 증가로 설명될 수 있다. The slurry bubbled with agar was dropped into paraffin using a syringe, and the size of the droplet formed near the drop was increased in proportion to the amount of agar. It is well known that the formation of spherical droplets is closely related to liquid surface tension, and increasing liquid density leads to stronger attraction between molecules, resulting in higher surface tension. Therefore, the tendency between increasing the size of the spherical ceramic foam and increasing the agar concentration can be explained by the increase in surface tension with the addition of agar.

구형 세라믹 폼의 크기 분포와 한천 농도 사이의 관계를 살펴보면, 한천 농도가 1.00 중량%에서 형성된 구형 세라믹 폼이 가장 좁은 크기 분포를 보였다. 즉, 0.50, 0.75, 1.00, 및 1.50 중량% 농도에서 크기 분포는 각각 0.7-2.4, 0.8-2.6, 2.0-2.9, 및 2.2-4.0 mm이었다. Looking at the relationship between the size distribution of the spherical ceramic foam and the agar concentration, the spherical ceramic foam formed at agar concentration of 1.00% by weight showed the narrowest size distribution. That is, the size distributions were 0.7-2.4, 0.8-2.6, 2.0-2.9, and 2.2-4.0 mm at concentrations of 0.50, 0.75, 1.00, and 1.50% by weight, respectively.

보다 정량적으로 이 결과를 분석하기 위하여, 각 분포치에 대한 C.V. 수치를 계산하여 비교하였다. To analyze this result more quantitatively, the C.V. The figures were calculated and compared.

계산된 C.V. 값은 한천 농도 0.50, 0.75, 1.00, 및 1.50 중량% 에 대하여 각각 24.6%, 18.2%, 7.2%, 및 15.6%이었다. 이는 구형 세라믹 폼의 크기 균일도가 한천 농도 1.0 중량%일 때 가장 높다는 것을 의미한다. 상기 결과는 한천 농를 조절하여 구형 세라믹 폼의 크기를 효과적으로 제어할 수 있다는 것을 의미한다. 크기 균일도 측면에서 본 발명에 따른 구형 세라믹 폼 제조방법의 효과를 증명하기 위하여 종래 기술에 따른 슈도-이중-에멀젼(PDE) 방법에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼의 C.V. 값을 비교하였다. PDE 방법에 의하여 제조된 구형 세라믹 폼의 C.V 값은 31%이었으며, 이것은 본 발명에 따른 한천 첨가 방식에 따른 드롭-인-오일 방식이 종래 기술에 비하여 개선되었음을 의미한다. Calculated C.V. Values were 24.6%, 18.2%, 7.2%, and 15.6% for agar concentrations of 0.50, 0.75, 1.00, and 1.50% by weight, respectively. This means that the size uniformity of the spherical ceramic foam is highest when the agar concentration is 1.0% by weight. The result means that the size of the spherical ceramic foam can be effectively controlled by adjusting the agar pad. In order to demonstrate the effect of the spherical ceramic foam manufacturing method according to the present invention in terms of size uniformity, the C.V. The values were compared. The C.V value of the spherical ceramic foam produced by the PDE method was 31%, which means that the drop-in-oil method according to the agar addition method according to the present invention was improved over the prior art.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (14)

구형 세라믹 폼 제조방법으로, 상기 방법은
기포화된 세라믹 슬러리에 한천 용액을 첨가하는 단계;
상기 한천 용액이 첨가된 세라믹 슬러리를 오일에 첨가하는 단계;
상기 슬러리를 오일로부터 분리한 후, 건조시키는 단계; 및
상기 건조된 슬러리를 소결시키는 단계를 포함하고,
상기 세라믹 슬러리의 기포화 및 상기 한천 용액의 첨가는 섭씨 60도 이하로 진행되고,
상기 슬러리는 분산제로 폴리(아크릴산)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구형 세라믹 폼 제조방법.
Spherical ceramic foam manufacturing method, the method
Adding an agar solution to the bubbled ceramic slurry;
Adding a ceramic slurry to which the agar solution is added to oil;
Separating the slurry from oil and then drying; And
Sintering the dried slurry,
Bubble of the ceramic slurry and the addition of the agar solution proceeds to 60 degrees Celsius or less,
The slurry is a spherical ceramic foam manufacturing method comprising a poly (acrylic acid) as a dispersant.
제 1항에 있어서,
상기 한천 용액의 한천 농도가 증가함에 따라 상기 제조된 구형 세라믹 폼의 기공도(porosity) 및 비표면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 구형 세라믹 폼 제조방법.
The method of claim 1,
Spherical ceramic foam manufacturing method characterized in that the porosity (porosity) and specific surface area of the prepared spherical ceramic foam increases as the agar concentration of the agar solution increases.
제 1항에 있어서,
상기 슬러리는 상기 오일에 방울 형태로 주입되는 것을 특징으로 하는 구형 세라믹 폼 제조방법.
The method of claim 1,
The slurry is spherical ceramic foam manufacturing method characterized in that the oil is injected in the form of drops.
제 3항에 있어서,
상기 주입은 주사기를 통하여 상기 슬러리를 오일에 주입하는 것을 특징으로 하는 구형 세라믹 폼 제조방법.
The method of claim 3, wherein
Wherein said injecting injects said slurry into oil through a syringe.
제 1항에 있어서,
상기 한천 용액의 농도가 증가함에 따라 구형 세라믹 폼의 크기가 증가하는 것을 특징으로 하는 구형 세라믹 폼 제조방법.
The method of claim 1,
Spherical ceramic foam manufacturing method characterized in that the size of the spherical ceramic foam increases as the concentration of the agar solution increases.
제 1항에 있어서,
상기 구형 세라믹 폼의 크기 분포는 상기 한천 용액의 농도가 1.00 중량%일 때 가장 좁은 것을 특징으로 하는 구형 세라믹 폼 제조방법.
The method of claim 1,
The size distribution of the spherical ceramic foam is the sphere ceramic foam manufacturing method characterized in that the narrowest when the concentration of the agar solution is 1.00% by weight.
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